ความลับของโปรตอน ยังไม่ทราบอายุและขนาด

เป็นที่ทราบกันดีว่ามีสามควาร์กในโปรตอน อันที่จริง โครงสร้างของมันซับซ้อนกว่า (1) และการเพิ่มกลูออนที่รวมควาร์กเข้าด้วยกันไม่ใช่จุดสิ้นสุดของเรื่อง โปรตอนถือเป็นทะเลที่แท้จริงของควาร์กและแอนติควาร์กที่เข้าและออก ซึ่งแปลกสำหรับอนุภาคที่เสถียรของสสาร

จนกระทั่งเมื่อไม่นานนี้ แม้แต่ขนาดที่แน่นอนของโปรตอนก็ยังไม่เป็นที่รู้จัก นักฟิสิกส์มีค่า 0,877 เป็นเวลานาน เฟมโตมิเตอร์ (fm โดยที่เฟมโตมิเตอร์มีค่าเท่ากับ 100 ล้านล้านล้านเมตร) ในปี 2010 ทีมงานนานาชาติได้ทำการทดลองใหม่ที่สถาบัน Paul Scherrer ในประเทศสวิสเซอร์แลนด์ และได้ค่า 0,84 fm ที่ต่ำกว่าเล็กน้อย ในปี 2017 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันคำนวณรัศมีโปรตอนที่ 0,83 fm และตามที่คาดไว้ด้วยความแม่นยำของข้อผิดพลาดในการวัด มันจะสอดคล้องกับค่า 0,84 fm ที่คำนวณในปี 2010 ตามการแผ่รังสีไฮโดรเจนมิวนิกที่แปลกใหม่ ."

สองปีต่อมา นักวิทยาศาสตร์อีกกลุ่มหนึ่งที่ทำงานในสหรัฐอเมริกา ยูเครน รัสเซีย และอาร์เมเนีย ซึ่งก่อตั้งทีม PRad ที่เจฟเฟอร์สันแล็บในเวอร์จิเนีย การทดลองใหม่เกี่ยวกับการกระเจิงของโปรตอนบนอิเล็กตรอน. นักวิทยาศาสตร์ได้ผลลัพธ์ - 0,831 เฟมโตมิเตอร์ ผู้เขียนบทความ Nature เกี่ยวกับเรื่องนี้ไม่เชื่อว่าปัญหาจะแก้ไขได้อย่างสมบูรณ์ นี่คือความรู้ของเราเกี่ยวกับอนุภาค ซึ่งเป็น "พื้นฐาน" ของสสาร

เราพูดชัดเจนว่า โปรตอน - อนุภาคย่อยของอะตอมที่เสถียรจากกลุ่มแบริออนที่มีประจุ +1 และมวลพักประมาณ 1 หน่วย โปรตอนและนิวตรอนเป็นนิวคลีออน องค์ประกอบของนิวเคลียสของอะตอม จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสของอะตอมที่กำหนดจะเท่ากับเลขลำดับ ซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับการจัดองค์ประกอบในตารางธาตุ เป็นองค์ประกอบหลักของรังสีคอสมิกปฐมภูมิ ตามแบบจำลองมาตรฐาน โปรตอนเป็นอนุภาคเชิงซ้อนที่จำแนกเป็นฮาดรอน หรือให้เจาะจงกว่านั้นคือแบริออน ประกอบด้วยสามควาร์ก – ควาร์กอัพ “u” สองตัวและควาร์ก “d” ล่างหนึ่งตัวจับกันโดยแรงที่ส่งมาจากกลูออน

จากผลการทดลองล่าสุด หากโปรตอนสลายตัว อายุการใช้งานเฉลี่ยของอนุภาคนี้จะเกิน 2,1 · 1029 ปี ตามแบบจำลองมาตรฐาน โปรตอนในฐานะแบริออนที่เบาที่สุดไม่สามารถสลายตัวได้เองตามธรรมชาติ ทฤษฎีเอกภาพที่ยิ่งใหญ่ที่ยังไม่ได้ทดสอบมักจะทำนายการสลายตัวของโปรตอนด้วยอายุขัยอย่างน้อย 1 x 1036 ปี โปรตอนสามารถแปลงได้ ตัวอย่างเช่น ในกระบวนการจับอิเล็กตรอน กระบวนการนี้ไม่ได้เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ แต่เป็นผลมาจาก ให้พลังงานพิเศษ. กระบวนการนี้สามารถย้อนกลับได้ เช่น เมื่อพรากจากกัน เบต้านิวตรอน กลายเป็นโปรตอน นิวตรอนอิสระสลายตัวเองตามธรรมชาติ (อายุประมาณ 15 นาที) ก่อตัวเป็นโปรตอน

เมื่อเร็ว ๆ นี้ การทดลองแสดงให้เห็นว่าโปรตอนและเพื่อนบ้านอยู่ภายในนิวเคลียสของอะตอม นิวตรอน ดูใหญ่กว่าที่ควรจะเป็นมาก นักฟิสิกส์ได้เสนอทฤษฎีสองทฤษฎีที่แข่งขันกันเพื่อพยายามอธิบายปรากฏการณ์นี้ และผู้เสนอของแต่ละคนเชื่อว่าอีกทฤษฎีหนึ่งผิด ด้วยเหตุผลบางอย่าง โปรตอนและนิวตรอนภายในนิวเคลียสหนักจะมีพฤติกรรมราวกับว่าพวกมันมีขนาดใหญ่กว่าเมื่ออยู่นอกนิวเคลียสมาก นักวิทยาศาสตร์เรียกมันว่าเอฟเฟกต์ EMC จาก European Muon Collaboration ซึ่งเป็นกลุ่มที่ค้นพบโดยบังเอิญ นี่เป็นการละเมิดที่มีอยู่

นักวิจัยแนะนำว่าควาร์กที่ประกอบเป็นนิวคลีออนมีปฏิสัมพันธ์กับควาร์กอื่นๆ ของโปรตอนและนิวตรอนอื่นๆ ซึ่งทำลายผนังที่แยกอนุภาคออกจากกัน ควาร์กที่ก่อตัวเป็นหนึ่ง โปรตอน i ควาร์ก สร้างโปรตอนอีกตัวหนึ่งพวกมันเริ่มครอบครองที่เดียวกัน ทำให้โปรตอน (หรือนิวตรอน) ยืดตัวและเบลอ พวกเขาเติบโตอย่างมากแม้ว่าจะอยู่ในระยะเวลาอันสั้น อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่นักฟิสิกส์ทุกคนที่เห็นด้วยกับคำอธิบายของปรากฏการณ์นี้ ดังนั้นดูเหมือนว่าชีวิตทางสังคมของโปรตอนในนิวเคลียสของอะตอมนั้นลึกลับไม่น้อยไปกว่าอายุและขนาดของมัน